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尽管本周三月中旬气温回暖，但刚过去的这个冬天将因美国大部分地区的创纪录降雪而被人们铭记。连续数周的暴风雪、严寒、危险的通勤和令人精疲力竭的铲雪工作，即使是对这个季节最狂热的爱好者来说，也会感到厌倦。
不过，对于第一次站在温柔的雪花中的人来说，看着空气变成小片蓬松的冰块，这种体验可能是神奇的。如果雪通过特别冷的空气落下（这种空气比温暖的空气含有更少的水分），您通常会听到在雪中行走（或驾驶）时发出微小的吱吱声。关于雪的形成的知识有很多，但最后一部分——吱吱声——却很少被研究，也鲜为人知。
当过冷水滴与悬浮在空气中的灰尘微粒碰撞并冻结时，就会形成雪。它们可以呈现出各种形状，从经典的六边形枝状晶体和针状晶体到颗粒和无序晶体。一个原始的枝状晶体从云层到你的舌尖而毫发无损的情况实际上是罕见的。更常见的是，雪花会撞击其他过冷的水滴，形成更重、更紧实的颗粒，称为霰。它们是最好的雪球，但是踩在这种密度更大的雪上通常会发出破碎的声音。最蓬松的雪主要是聚集体——低水分的枝状晶体，它们相互撞击并冻结在一起。正是聚集体发出了令人愉悦的吱吱声。
为了了解为什么会这样，《大众科学》采访了麻省理工学院的材料科学家 W. Craig Carter，他花了一些时间思考冬季的吱吱声。Carter 的实验室致力于为电池等材料的复杂、微观和纳米级行为生成预测模型。他还参与了多个将材料科学、自然设计和神话方面融入其中的艺术项目。
[以下是采访的编辑稿。]
并非所有的干雪都会发出吱吱声。为什么？
新下的干雪踩上去会发出“呼”的一声。雪必须在寒冷条件下静置一段时间，并在自身重量下稍微塌陷，才会发出吱吱声。
新下的雪只是静静地躺在那里，雪花松散地接触着。雪必须发生一些变化，我认为这种变化是雪在[稍微融化并重新冻结时]发生的塌陷。微小的键——它们就像几百纳米大小的焊接点——在每片雪花之间形成。您知道冰箱里的一桶冰块最终是如何变成一大块冰的吗？冰块通过一个称为烧结的过程粘合在一起，我认为这就是纳米级雪中发生的事情。烧结——冰晶之间这些微小颈部的生长——在几个小时内发生。这些颈部支撑着雪的重量，并阻止它在自身重量下进一步塌陷。
颈部断裂时会发出吱吱声吗？
我认为是这样的，是的。它们正在按顺序断裂，从雪的顶部到您的脚停止下沉的点，因为您已经将其压实了。对于湿雪来说，这是两种情况之一。键可能更像液体，或者通常有更多的水来润滑雪花。踩在上面会发出经典的破碎声。
所以我们听到的噪音是微小键断裂的声音？
是的，我想您明白了：微小的键断裂。在较大的尺度上，它听起来像压碎一块旧的、不新鲜的米花糖——这些键可能是糖桥。在较大的尺度上，它可能听起来有点像垃圾车压缩垃圾时发出的嘎吱声。
吱吱声只发生在经典的六边形雪花中吗？
我的直觉是，较大颗粒的雪与其说是吱吱作响，不如说是嘎吱作响。我认为吱吱声取决于落下的雪形成焊接点以烧结在一起。这些小颗粒可以由[密度更大的]雪花或聚集雪花形成，无论是通过部分融化和重新冻结，还是在水的冰点以下发生的形态变化。如果要看发出吱吱声的雪，它看起来会像一块米花糖，只是在非常小的尺度上。
是什么吸引您提出这个具体问题？您滑雪吗？还是只是经历过太多东北的冬天？
这只是我观察到的事情之一，它引起了我的好奇心。我最近在周末和我的狗一起散步时想到了这个问题。我非常喜欢吱吱声——但我会很高兴看到春天很快到来。
您对自己的理论满意吗？
在我看来，它仍然只是一个想法。我无法从中找到任何漏洞，但我不会说我对它有极大的信心。如果我坐下来做一些粗略的计算，我可能会更有信心。
您的办公桌上有信封和铅笔吗？
[笑] 这就是其中一件事。这是一个时间和成本效益分析的问题。而且没有人会因为解决雪中的吱吱声而获得诺贝尔奖。
这是一个有趣的话题，但我忍不住认为这些信息可能会有一些实际应用，也许在材料科学领域？
是的，在天然和技术材料中存在许多类似的现象。大多数实际应用都与制造陶瓷所涉及的烧结过程有关。基本思想是毛细作用[液体在纤维或小管之间的空间等小区域中的上升或下降]在最小尺度上占主导地位。毛细作用会导致事物粘在一起——它还会导致孤立的颗粒改变其形状，从而减少其表面能。